"Масло biocrude поступало из самых разных источников, включая осадок сточных вод из Детройта и пищевые отходы, собранные в тюрьмах и на военной базе", - сказал Джон Холладей, ученый PNNL и содиректор объединенного института биопродуктов, сотрудничества между PNNL и Университетом штата Вашингтон. "Исследование показало, что в процессе можно использовать практически любой биокруд, независимо от источников влажных отходов, и катализатор остается надежным в течение всего цикла. Хотя это всего лишь первый шаг в демонстрации надежности, это важный шаг".

Эта веха была впервые описана на виртуальной конференции, организованной NextGenRoadFuels, европейским консорциумом, финансируемым Рамочной программой ЕС по исследованиям и инновациям. В нем рассматривается необходимость превращения биокруда, смеси полимеров на основе углерода, в биотопливо. В ближайшей перспективе большинство ожидает, что это биотопливо будет подвергнуто дальнейшей переработке, а затем смешано с топливом на основе нефти, используемым для питания транспортных средств.

"Чтобы промышленность рассмотрела возможность инвестирования в биотопливо, нам нужны такого рода демонстрации, которые демонстрируют долговечность и гибкость процесса", - сказал Майкл Торсон, инженер PNNL и руководитель проекта.

Биокруд в биотопливо, важнейшее преобразование

Точно так же, как сырая нефть из нефтяных источников должна быть очищена для использования в транспортных средствах, биокруд необходимо перерабатывать в биотопливо. Этот этап обеспечивает решающую "последнюю милю" в многоступенчатом процессе, который начинается с возобновляемых источников энергии, таких как растительные остатки, пищевые отходы, побочные продукты лесного хозяйства, водоросли или осадок сточных вод. Для последней демонстрации биокруд был получен из различных источников, включая переработанные пищевые отходы, собранные с объединенной базы Льюис-Макчорд, расположенной недалеко от Такомы, штат Вашингтон, и исправительного центра Койот-Ридж, расположенного в Коннелле, штат Вашингтон. Начальный этап процесса, называемый гидротермальным сжижением, активно реализуется в ряде демонстрационных проектов командами ученых и инженеров PNNL.

Демонстрационный проект "Последняя миля" проходил в лаборатории биопродуктов, наук и инженерии в Ричленде, штат Вашингтон. кампус Университета штата Вашингтон в трех городах. В течение 83 дней техник реактора Мики Сантоса и супервайзер Сентил Субраманиам подавали постоянный поток биокруда в тщательно отточенные и строго контролируемые условия реактора. Процесс гидроочистки вводит водород в каталитический процесс, который удаляет примеси серы и азота, обнаруженные в биокруде, с получением горючего конечного продукта длинноцепочечных алканов, желательного топлива, используемого в двигателях транспортных средств. Химик Мари Свита проанализировала биотопливный продукт, чтобы убедиться, что он соответствует стандартам, которые делают его пригодным для использования в транспортных средствах.

Перенаправление углерода на новые цели

"Переработка пищевых продуктов и сточных вод для извлечения полезного топлива служит нескольким целям", - сказал Торсон. Пищевые отходы содержат углерод. При отправке на свалку эти пищевые отходы расщепляются бактериями, которые выделяют газообразный метан, мощный парниковый газ, способствующий изменению климата. Перенаправление этого углерода на другие цели могло бы сократить использование топлива на основе нефти и иметь дополнительное преимущество в виде сокращения выбросов метана.

Цель этого проекта состояла в том, чтобы показать, что коммерчески доступный катализатор может выдержать тысячи часов непрерывной обработки, которые были бы необходимы для превращения биотоплива в реальный вклад в сокращение мирового углеродного следа. Но Торсон отметил, что это также показало, что произведенный биотопливный продукт был высокого качества, независимо от источника биокруда - важный фактор для промышленности, которая, вероятно, будет перерабатывать биокруд из различных региональных источников.

Действительно, зная, что транспортировка биокруда на очистные сооружения может быть дорогостоящей, разработчики моделей рассматривают районы, где сельские и городские отходы могли бы собираться из различных источников в местных центрах. Например, они оценивают ресурсы, доступные в радиусе 50 миль от Детройта, штат Мичиган. Там источниками потенциального сырья для биопрепаратов могут быть пищевые отходы, осадок сточных вод и отходы растительного масла. В районах, где пищевые отходы могли бы собираться и вывозиться со свалок, как это происходит в настоящее время, перерабатывающие предприятия могли бы быть в 10 раз больше, чем в сельской местности, и обеспечить значительный прогресс в достижении целевых показателей по снижению затрат и выбросов для биотоплива.

Коммерческое биотопливо на горизонте

Группы инвесторов в США и Европе внимательно следят за такими вехами, как часы непрерывной работы, которые поставили перед собой амбициозные цели, в том числе стать первым климатически нейтральным континентом к 2050 году и добиться сокращения выбросов парниковых газов на 55% к 2030 году. "Ряд демонстрационных проектов по всей Европе нацелен на коммерциализацию этого процесса в ближайшие несколько лет", - сказал Холладей.

Следующие шаги исследовательской группы включают сбор большего количества источников биокруда из различных потоков отходов и анализ качества получаемого биотоплива. В рамках нового сотрудничества PNNL будет сотрудничать с коммерческой компанией по управлению отходами для оценки отходов из многих источников. В конечном счете, результатом проекта станет база данных результатов анализа различных навозов и шламов, которая может помочь решить, как можно экономически расширить масштабы производства.

"Поскольку по меньшей мере три четверти входных и выходных данных этого процесса состоит из воды, конечный успех любого промышленного расширения должен включать план по обращению со сточными водами", - сказал Торсон. Это тоже активная область исследований, во многих местах доступно множество жизнеспособных вариантов сооружений для очистки сточных вод.

Офис биоэнергетических технологий Министерства энергетики США сыграл важную роль в поддержке этого проекта, а также всего спектра технологий, необходимых для производства биотоплива.